1 山西大学物理电子工程学院，山西 太原 030006
2 山西大学光电研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室，山西 太原 030006
利用量子信道和经典信道相结合的方法，采用部分脱体传输设计了连续变量量子克隆方案，在此基础上研究了克隆保真度与EPR导引之间的关系。研究结果表明：双向量子导引态是实现相干态安全量子克隆的必要资源。对于克隆输出模，取最优增益时克隆保真度超过不可克隆阈值的实现需要共享纠缠源的双向导引，但并不是所有双向导引的资源都能使克隆的保真度大于。在输出模的最优增益下，观察了输出模和输出模的保真度随分束器反射率和压缩参数的变化，发现使用纠缠度较小但可导引的资源可以实现较高的克隆保真度，且克隆过程中也不需要较高的反射率。此研究结果对安全量子通信网络的构建具有一定的参考意义。
量子光学 量子克隆 量子关联 双向导引
天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
光纤中的三阶非线性效应可用于多种量子态的制备,为量子信息的研究提供了一种有效的工具。光纤波导结构具有非线性作用长度长以及传输损耗低的特点,这可使非线性效应显著增强;而且波导结构中所产生的量子态具有纯净的空间模式,这有利于量子态的收集和操控;此外现有光纤和光纤器件具有工艺成熟、稳定高效和成本低廉的特点,这使得基于光纤的量子光源具有小型化、低成本以及可与现有光纤网络高效集成的优势。对基于光纤的量子关联光子对的制备工作进行回顾,主要内容包括利用不同种类的光纤实现不同波段、不同频谱特性的关联光子对,以及不同自由度的纠缠关联光子对。
1 中国科学技术大学中国科学院量子信息重点实验室, 安徽 合肥 230026
2 中国科学技术大学中国科学院量子信息与量子科技创新研究院, 安徽 合肥 230026
量子信息掩蔽是量子信息处理中的一个新兴概念,它将量子信息完全转移至各个量子实体的关联之中,从而使单个量子系统不再包含掩蔽前的任何信息。量子信息掩蔽在量子比特承诺、秘密共享等方面都具有重要的应用;然而与量子态的克隆、广播、隐藏等操作类似,人们无法使用一个普适的两体幺正演化来实现量子信息的掩蔽。本文系统地介绍近期量子信息掩蔽方向的一系列研究进展:首先描述了可实现量子信息掩蔽态集合的几何特征,给出掩蔽操作的实现方法,讨论了其在信息论中的含义以及与量子纠错码等概念的联系;然后介绍量子信息掩蔽的实验实现,展现量子信息掩蔽在高维体系等复杂系统中的可行性,并展示其在量子秘密共享和噪声免疫的量子通信等方面的应用。
量子关联是量子体系区别于经典的重要特征之一, 如何量化与利用量子关联不仅是量子信息论中的核心问题, 也是量子热力学中比较关心的话题。对于经典体系来说, 能量总是自发从高温物体流向低温物体, 即封闭系统的熵只能增加或保持, 永远不会减少, 同时随着时间增加, 能量耗散增加, 但整个体系始终未表现出较强的关联性。在量子体系下, 子系统间往往存在关联, 在此情况下, 上述结论并不总是成立, 甚至由于整体熵值减小导致能量反向流动, 这种非经典的特性表明仅使用冯?诺依曼熵表征系统熵的变化是不完备的, 因此需要对经典热力学第二定律进行完善。基于该定律, 本文研究了在孤立体系下, 量子关联与能量、熵之间的关系, 表明子系统间的量子关联会导致能量反向流动或加速能量正向流动, 可以视为制冷或热加速过程, 初始时不同的关联决定了之后的能量流动情况, 两者高度相关。为了解释这种现象, 引入了相对熵等热力学参量来解释关联对量子系统热力学性质的影响, 结果表明, 当相干项不为零时, 表征系统关联的互信息总是随着演化先降低再增加, 因而导致了与经典不同的特性。基于以上现象, 提出了基于光学体系的实验方案, 用来验证理论的正确性。
量子热力学 量子关联 互信息 制冷 热加速 quantum thermodynamics quantum correlation mutual information cooling thermal acceleration
1 中国科学院上海高等研究院基础交叉研究中心, 上海 201210
2 中国科学院大学微电子学院, 北京 100049
超分辨荧光显微技术一直是研究热点,各种超分辨荧光成像技术的出现打破了光学衍射极限,将空间分辨率提高到纳米尺度。但随着时间、空间分辨率要求的不断提高,目前超分辨荧光显微技术仍然面临着空间分辨率、时间分辨率和视场存在三角制约关系及探测灵敏度较低的问题。随着近年来基于量子关联的新型成像机制的发展,基于荧光量子特性与量子关联成像的超分辨荧光显微镜应运而生,新成像模式及新物理量的引入不仅增加了信息量也提高了图像信息获取的效率,为超分辨荧光显微技术的研究提供了新思路。介绍了目前超分辨荧光显微镜的技术原理、优缺点与面临的主要技术问题,以及基于量子关联的新型超分辨荧光显微镜,并探讨了未来超分辨荧光显微镜的发展方向,以期为该领域的科学研究提供参考。
成像系统 荧光显微镜 超分辨显微镜 量子关联 探测灵敏度 时间分辨率 激光与光电子学进展
2021, 58(10): 1011012
山西大学 理论物理研究所,山西 太原 030006
本文研究了一个双量子比特系统中的量子纠缠和量子失协的动力学问题,在我们的模型中仅一个量子比特与级联环境相互作用。其中,级联环境由两层环境所组成,第一层环境为单个损失腔c0,而第二层环境是由存在耦合的N个损失腔所充当。结果表明:随着N和两层环境间耦合系数κ的增大,量子关联可得到有效提高。同时,量子比特与腔c0间的耦合系数Ω0,第二层环境的腔衰减率Γ和近邻腔模间的耦合系数Ω对量子关联也有着重要影响。另外,我们发现,量子失协和量子纠缠有类似的演化行为,但量子失协总小于或等于纠缠且比纠缠衰减地更快。
量子关联动力学 量子纠缠 量子失协 级联环境 quantum correlation dynamics quantum entanglement quantum discord hierarchical environment
1 内蒙古大学 创业学院, 呼和浩特 010070
2 内蒙古师范大学 物理与电子信息学院,呼和浩特 010022
3 内蒙古师范大学 图书馆,呼和浩特 010022
运用量子关联的概念及度量方法,在多光子跃迁和强度关联耦合条件下,研究了两个二能级原子与两个相干腔场相互作用系统中量子关联动力学演化特性。分析和讨论了初始时刻原子处于Werner态时,系统参数的取值对系统量子及经典关联动力学演化特性的影响。结果表明:对单光子跃迁情况,两原子间的量子与经典关联随时间的动力学演化,呈现为具有一定周期的振荡变化过程;当跃迁光子数增大时,两原子间的上述动力学演化的周期振荡现象消失,振荡幅值减小;当关联耦合强度增大时,原子间的量子及经典关联振荡周期变短,而量子及经典关联的最大值不变。
量子光学 量子关联 量子纠缠 多光子跃迁 相干态 强度关联耦合 quantum optics quantum correlations quantum entanglement multi-photon processes coherent state intensity-dependent coupling
